Устройство компьютера. Тема 0. Типы компьютеров

1. Устройство компьютера

Тема 0. Типы компьютеров
К. Поляков, 2007-2011
http://kpolyakov.narod.ru

2. Настольные компьютеры (desktop)

2
Устройство компьютера
Настольные компьютеры (desktop)
системный блок
звуковыемонитор
колонки для вывода
информации
для вывода
на экран
звука
принтер
для вывода
информации
на печать
сканер
для ввода
рисунков
клавиатура
для ввода
текста
К. Поляков, 2007-2011
мышь
для управления
http://kpolyakov.narod.ru

3. Ноутбуки (лэптопы)

3
Устройство компьютера
Ноутбуки (лэптопы)
• меньшие размеры и вес
• работа от аккумуляторов
(до 3-5 часов) или от сети
• мобильность
К. Поляков, 2007-2011
• дорого стоят
• практически не модернизируются
(upgrade)
• меньшая производительность
• чувствительность к ударам,
вибрациям, …
• сильно нагреваются
http://kpolyakov.narod.ru

4. Нетбуки

4
Устройство компьютера
Нетбуки
Нетбук – небольшой ноутбук для
доступа в Интернет и работы с
простейшими офисными программами.
Интернет + Ноутбук = Нетбук
• экран 7-11 дюймов
• экономичный процессор
(Intel Atom)
• винчестер до 160 Гб или флэш-память
• меньшая стоимость
• меньшие размеры и вес
• работа от аккумуляторов
до 5-12 часов
К. Поляков, 2007-2011
• нет DVD-дисковода
• низкая производительность
http://kpolyakov.narod.ru

5. Карманные компьютеры

5
Устройство компьютера
Карманные компьютеры
КПК = карманный ПК
коммуникатор, смартфон
(КПК + сотовая связь)
Мобильный навигатор
(КПК + GPS)
К. Поляков, 2007-2011
http://kpolyakov.narod.ru

6. Планшетные компьютеры

6
Устройство компьютера
Планшетные компьютеры
iPad (фирма Apple)
К. Поляков, 2007-2011
http://kpolyakov.narod.ru

7. Суперкомпьютеры

Устройство компьютера
7
Суперкомпьютеры
2009. «Ломоносов»
1300 триллионов операций в секунду
33072 ядра
К. Поляков, 2007-2011
http://kpolyakov.narod.ru

8. Устройство компьютера

Тема 1. Основные устройства
компьютера. Системный блок
К. Поляков, 2007-2011
http://kpolyakov.narod.ru

9. Основные устройства компьютера

9
Устройство компьютера
Основные устройства компьютера
прямой доступ
к памяти
устройства
ввода
!
ОЗУ
(программа
и данные)
процессор
данные
управление
прямой доступ
к памяти
устройства
вывода
Основные части любого компьютера – это
процессор и память.
К. Поляков, 2007-2011
http://kpolyakov.narod.ru

10.

Принципы фон Неймана
А. Беркс, Х. Голдстайн, Д. Нейман «Предварительный
доклад о машине EDVAC» (1945)
1.
Принцип двоичного кодирования: вся
информация кодируется в двоичном виде.
2.
Принцип программного управления:
программа состоит из набора команд,
которые выполняются процессором
автоматически друг за другом в
определенной последовательности.
3.
Принцип однородности памяти:
программы и данные хранятся в одной и
той же памяти.
4.
Принцип адресности:
память состоит из пронумерованных ячеек;
процессору в любой момент времени доступна
любая ячейка.
10

11.

Выполнение программы
Счетчик команд (IP = Instruction Pointer) – регистр, в
котором хранится адрес следующей команды.
IP AB3D16
по адресу AB3D16
1.
Команда, расположенная по этому адресу,
передается в УУ. Если это не команда перехода,
регистр IP увеличивается на длину команды.
2.
УУ расшифровывает адреса операндов.
3.
Операнды загружаются в АЛУ.
4.
УУ дает команду АЛУ на выполнение операции.
5.
Результат записывается по нужному адресу.
6.
Шаги 1-5 повторяются до получения команды
«стоп».
11

12.

Принцип открытой архитектуры (IBM)
• на материнской плате расположены только узлы,
которые обрабатывают информацию (процессор и
вспомогательные микросхемы, память)
• схемы, управляющие другими устройствами
(монитором и т.д.) – это отдельные платы, которые
вставляются в слоты расширения
• схема стыковки новых устройств с компьютером
общедоступна (стандарт)
• конкуренция, удешевление устройств
• производители могут изготавливать новые
совместимые устройства
• пользователь может собирать ПК «из
кубиков»
12

13.

Взаимосвязь блоков ПК
контроллер
ы
память
процессор
видеокарта
сетевая
карта
контроллеры
дисководов
шины адреса, данных, управления
порты
клавиатура, мышь, модем, принтер, сканер
Шина – многожильная линия связи, доступ к которой
имеют несколько устройств.
Контроллер – электронная схема, управляющая
внешним устройством по сигналам процессора.
13

14. Процессор

14
Устройство компьютера
Процессор
Pentium, Celeron, Xeon,
Core 2 Duo, Core i3, i5, i7
Athlon, Duron, Sempron,
Athlon X2, Phenom X4
Процессор – микросхема, которая
обрабатывает информацию и управляет всеми
устройствами компьютера.
АЛУ – арифметико-логическое устройство
УУ – устройство управления
К. Поляков, 2007-2011
http://kpolyakov.narod.ru

15. Процессор: характеристики

15
Устройство компьютера
Процессор: характеристики
Тактовая частота (число тактов в секунду) – число
простейших операций, выполняемых за 1 секунду
такт – время выполнения простейшей операции
измеряется в гигагерцах (ГГц)
ГГц = гигагерц (миллиард герц),
1 герц = 1 такт в секунду
тактовая частота 2 ГГц 1 такт = 0,0000000005 с
Разрядность (в битах) – число бит, которые процессор
обрабатывает за 1 раз (8, 16, 32, 64).
Частота системной шины – частота обмена данными
с устройствами на материнской плате
(в МГц, до 2000 МГц).
Объем кэш-памяти – до 2Мб на одно ядро.
К. Поляков, 2007-2011
http://kpolyakov.narod.ru

16. Память компьютера

Устройство компьютера
16
Память компьютера
1. Внешняя память
жесткие диски (винчестеры)
флэш-память
лазерные диски (CD, DVD)
дискеты
магнитная лента
2. Внутренняя память
К. Поляков, 2007-2011
http://kpolyakov.narod.ru

17. Внутренняя память

17
Устройство компьютера
Внутренняя память
Оперативная память
ОЗУ = оперативное запоминающее устройство
RAM = random access memory (с произвольным доступом)
более 256 Мб
Постоянная память
ПЗУ = постоянное запоминающее устройство
ROM = read only memory (только для чтения)
64 Кб – микросхема BIOS (программы для тестирования и
запуска компьютера, обращения к оборудованию)
К. Поляков, 2007-2011
http://kpolyakov.narod.ru

18. Внутренняя память

18
Устройство компьютера
Внутренняя память
при
отключении
питания
можно ли
изменять
информацию?
скорость передачи
данных
К. Поляков, 2007-2011
Оперативная
память
Постоянная
память
информация
сбрасывается
информация
сохраняется
чтение и запись
(RAM)
только чтение
(ROM)
высокая
низкая
http://kpolyakov.narod.ru

19. Характеристики памяти

19
Устройство компьютера
Характеристики памяти
Объем (емкость)
ПЗУ: 64 Кбайт
ОЗУ: от 256 Мбайт до 16 Гбайт
ЖМД: от 250 Гбайт до 4 Тбайт
Быстродействие (время доступа) – время,
необходимое для чтения минимальной порции данных
ОЗУ: около 10 нс Flash: около 2 мс
ЖМД: около 4 мс
Доступ
произвольный – в любой момент могут быть
переданы любые данные (ОЗУ, винчестер, flashпамять)
последовательный – данные могут передаваться
только в определенной последовательности
(магнитная лента)
К. Поляков, 2007-2011
http://kpolyakov.narod.ru

20. Кэш-память

20
Устройство компьютера
Кэш-память
Кэш-память (cache – тайник, запас) –
быстродействующая память, расположенное между
процессором и ОЗУ.
Проблема – тактовая частота работы процессора
значительно выше, чем тактовая частота ОЗУ, процессор
«простаивает», ожидая данные.
быстро
ОЗУ
кэш-память
медленно
Чтение из ОЗУ – сначала в кэш. Если нужная ячейка уже
есть в кэше, она берется из кэша (быстро).
К. Поляков, 2007-2011
http://kpolyakov.narod.ru

21. Кэш-память

21
Устройство компьютера
Кэш-память
Многоступенчатое кэширование:
процессор
128 Кб…4Мб
64 Кб
ядро
L1
ОЗУ
L2
L1 быстрее L2!
• увеличение скорости работы, если часто
нужны одни и те же ячейки
• неэффективно, если все время нужны разные
ячейки
К. Поляков, 2007-2011
http://kpolyakov.narod.ru

22.

22
Устройство компьютера
Системный блок
дисковод
СD (DVD)
блок питания
дисковод
для дискет
видеокарта
порты
процессор
винчестер
слоты
расширения
материнская плата
К. Поляков, 2007-2011
оперативная
память
http://kpolyakov.narod.ru

23. Дисководы

23
Устройство компьютера
Дисководы
дисковод для гибких магнитных дисков
• скорость вращения 300 об/мин
• скорость передачи данных 63 Кб/сек
52x
дисковод CD-RW 52 32 52
• чтение CD-ROM до 52 (52 150 Кб/сек)
• запись CD-RW до 32
• запись CD-R до 52
комбо-привод
• чтение и запись CD-ROM, CD-R, CD-RW
• чтение DVD-ROM
дисковод DVD-RW
• чтение и запись CD до 52
• запись DVD-RW, DVD+RW до 8
(8 9 150 Кб/сек)
• запись DVD-R, DVD+R до 18
К. Поляков, 2007-2011
http://kpolyakov.narod.ru

24. Контроллеры

24
Устройство компьютера
Контроллеры
Контроллер – это электронная схема, управляющая
работой внешнего устройства:
видеокарта (монитор)
сетевая карта (сеть)
контроллер дисковода (дисковод)
К. Поляков, 2007-2011
http://kpolyakov.narod.ru

25. Встроенные устройства (на материнской плате)

25
Устройство компьютера
Встроенные устройства (на материнской плате)
• Видеокарта
• не надо покупать отдельно
• приличное качество для простых задач
• качество ниже, чем у отдельного устройства
(скорость, цветопередача, четкость)
• Звуковая карта
• Сетевая карта
К. Поляков, 2007-2011
http://kpolyakov.narod.ru

26. Системный блок: порты

26
Устройство компьютера
Системный блок: порты
порты PS/2
последовательный порт
питание
220 В
вкл/выкл
блок питания
порт VGA
параллельный порт
порты USB
линейный
сеть RJ-45
вход
К. Поляков, 2007-2011
http://kpolyakov.narod.ru

27. Порты для видеосигналов

27
Устройство компьютера
Порты для видеосигналов
Видеокарта
Монитор
Проектор
Порт VGA (аналоговый)
К. Поляков, 2007-2011
Порт DVI (цифровой)
http://kpolyakov.narod.ru

28. Последовательный, параллельный порты

28
Устройство компьютера
Последовательный, параллельный порты
Последовательный порт (COM1, COM2, …)
до 115 Кбит/с
низкоскоростные устройства: модем, мышь
101101010010110
Параллельный порт (LPT1, Centronics) до 2 Мбайт/с
принтер
101101010010110
1 0 1 1 101 0 1 0 0 1 0 1 1 0
101101010010110
101101011110110
10 0 0 1010010110
101101010010110
101101010010110
101101010010110
К. Поляков, 2007-2011
http://kpolyakov.narod.ru

29. Порты USB

29
Устройство компьютера
Порты USB
Порт USB (Universal Serial Bus)
USB 1.1 – до 12 Мбит/c, USB 2.0 – до 480 Мбит/c
USB 3.0 – до 5 Гбит/с
• высокая скорость
• подключение «на ходу»
• можно подключать несколько устройств к
одному порту (через хабы)
К. Поляков, 2007-2011
http://kpolyakov.narod.ru

30. Другие типы портов

30
Устройство компьютера
Другие типы портов
Порт IEEE1394 (FireWire) до 1600 Мбит/c
Инфракрасный порт IrDA (Infrared Data Association)
до 4 Мб/с
встроенный в ноутбук
К. Поляков, 2007-2011
внешний адаптер (USB)
http://kpolyakov.narod.ru